JP2022125780A - 二次電池の製造方法 - Google Patents
二次電池の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022125780A JP2022125780A JP2021023562A JP2021023562A JP2022125780A JP 2022125780 A JP2022125780 A JP 2022125780A JP 2021023562 A JP2021023562 A JP 2021023562A JP 2021023562 A JP2021023562 A JP 2021023562A JP 2022125780 A JP2022125780 A JP 2022125780A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- material layer
- electrode active
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 12
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 8
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 abstract description 20
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 8
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 57
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 13
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 13
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- -1 etc.) Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010584 LiFeO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014778 LiMn2O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002099 LiNi0.5Mn1.5O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003005 LiNiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001228 Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 (NCM 111) Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 239000003115 supporting electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000319 transition metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
- H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
- H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
- H01M4/0447—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
- H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/025—Electrodes composed of, or comprising, active material with shapes other than plane or cylindrical
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
【課題】電極に占める活物質層の割合を低下させることなく、電極体への電解液の含侵速度が向上された二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】製造方法は、正極集電体５２に正極活物質層５４を備える正極シート５０と、負極集電体６２に負極活物質層６４を備える負極シート６０と、セパレータシート７０と、を積層して電極体２０を形成する形成工程Ｓ１０と、電極体２０を電池ケース３０に収容し、電池ケース３０に非水電解液１０を注液して電池組立体を構築する構築工程Ｓ２０と、電池組立体を充電する充電工程Ｓ３０と、を含み、少なくとも構築工程Ｓ２０以前において、正極活物質層５４は積層方向Ｚにうねり形状を有し、うねりの溝深さは１０μｍ以上である。【選択図】図３
Description
本発明は、二次電池の製造方法に関する。
一般に、リチウムイオン二次電池等の二次電池では、初期充電の際に電解液（例えば非水電解液）の一部が分解され、負極活物質層の表面にその分解物を含む皮膜（即ち、Solid Electrolyte Interface膜、以下ＳＥＩ膜とする。）が形成される。ＳＥＩ膜は負極活物質層を保護する役割を果たすと共に、負極活物質層と非水電解液との界面を安定化し、電池の耐久性（例えばサイクル特性）を向上させ得る。
正極シートと負極シートとセパレータシートとが積層された電極体を備える二次電池では、二次電池を作成する際に、電極体が収容された電池ケースに電解液を注液して電極体に電解液を含浸させる。ここで、二次電池の高容量化に伴って電極体が大型化し、電極体に電解液を含侵させるのに要する時間が長くなる傾向にある。
電解液を電極体に含浸させることに関する従来技術として、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、電極体に電解液を含侵させる時間を低減するために、電極体を構成する電極の活物質層にスリット状の空隙となる未塗布部を設けることが開示されている。また、特許文献２には、電解液の流路として負極活物質層と対面する部分に複数の溝が形成された負極集電銅箔が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、未塗布部が設けられることによって電極に占める活物質層の割合が低下してしまう。即ち、電極全体の空隙率が増加し、電極体の容量密度が低下してしまう。また、特許文献２では、集電体に溝を設けるため集電体の強度が低下してしまうという問題が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極に占める活物質層の割合を低下させることなく、電極体への電解液の含侵速度が向上された二次電池の製造方法を提供することにある。
本発明により、長尺状の正極集電体に正極活物質層を備える正極シートと、長尺状の負極集電体に負極活物質層を備える負極シートと、長尺状のセパレータシートと、を積層して電極体を形成する形成工程と、前記電極体を電池ケースに収容し、前記電池ケースに電解液を注液して電池組立体を構築する構築工程と、前記電池組立体を充電する充電工程と、を含み、少なくとも前記構築工程以前において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくともいずれか一方は積層方向にうねり形状を有し、前記うねりの溝深さは１０μｍ以上である、二次電池の製造方法。
上記構成では、構築工程において、正極活物質層および負極活物質層の少なくともいずれか一方は積層方向にうねり形状を有し、うねりの溝深さは１０μｍ以上である。例えば、正極活物質層が上記うねり形状を有する場合、積層方向に関して正極シートの上方および下方にセパレータシートが配置されると、セパレータシートと正極活物質層とは接触するが、うねりの溝部分については、セパレータシートと接触しない。即ち、うねりの溝部分とセパレータシートとによって電解液が通過可能な流路が形成される。このため、注液された電解液はより速く正極活物質層の全体に含浸される。ここで、正極活物質層はうねり形状を有するが、正極集電体の単位面積当たりの正極活物質層の割合は全体に亘ってほぼ均一であり、十分な容量を確保することができる。
ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、充電された前記電池組立体を前記積層方向に所定の圧力で拘束し、前記うねりの溝深さを浅くする拘束工程をさらに含む。例えば、正極活物質層が上記うねり形状を有する場合、拘束工程においてうねりの溝深さを浅くすることで、正極活物質層と負極活物資層との距離が均一化されて反応ムラを低減することができる。
ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、前記拘束工程において、前記所定の圧力は、前記うねり形状を有する前記正極活物質層および／または前記負極活物質層の表面を平坦にする圧力である。うねり形状をなくすことにより、正極活物質層と負極活物資層との距離がより均一化されて反応ムラをより低減することができる。
ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、前記うねりの溝深さは４０μｍ以上である。これにより、電極体により速く電解液を含侵させることができる。
以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。以下、二次電池の製造方法の一例としてリチウムイオン二次電池の製造方法を例に、本技術について説明する。なお、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池（二次電池）１００（図２参照）の製造方法は、電極体２０を形成する形成工程Ｓ１０と、電池組立体を構築する構築工程Ｓ２０と、電池組立体を充電する充電工程Ｓ３０と、電池組立体を拘束する拘束工程Ｓ４０と、を含む。
まず、形成工程Ｓ１０について説明する。形成工程Ｓ１０では、図３に示すように、正極シート５０と、負極シート６０と、セパレータシート７０と、を積層して電極体２０を形成する。
図３に示すように、電極体２０は、長尺状の正極シート５０と、長尺状のセパレータシート７０と、長尺状の負極シート６０とが積層されている。本実施形態の電極体２０は、捲回されている。詳細には、正極シート５０は、長尺状の正極集電体５２と、正極集電体５２の片面または両面（本実施形態では両面）に、長手方向Ｌに沿って形成された正極活物質層５４と、を含む。負極シート６０は、長尺状の負極集電体６２と、負極集電体６２の片面または両面（本実施形態では両面）に、長手方向Ｌに沿って形成された負極活物質層６４と、を含む。露出部５２Ａ，６２Ａは、電極体２０の捲回軸の方向の両端部の各々に位置する。露出部５２Ａは、正極活物質層５４が形成されずに正極集電体５２が露出した部分である。また、露出部６２Ａは、負極活物質層６４が形成されずに負極集電体６２が露出した部分である。なお、電極体２０は、捲回電極体でなく、正極、負極、およびセパレータが積層された積層電極体であってもよい。
正極シート５０および負極シート６０には、従来のリチウムイオン二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。
正極シート５０を構成する正極集電体５２としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層５４に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物（例、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等）、リチウム遷移金属リン酸化合物（例、ＬｉＦｅＰＯ４等）等が挙げられる。正極活物質層５４は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（例、グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。
負極シート６０を構成する負極集電体６２としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層６４に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。なかでも、黒鉛が好ましい。黒鉛は、天然黒鉛であっても人工黒鉛であってもよく、非晶質炭素材料で被覆されていてもよい。負極活物質層６４は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を使用し得る。
セパレータシート７０としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン製の多孔性シート（フィルム）が好適に使用され得る。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。セパレータシート７０の表面には、耐熱層（ＨＲＬ）が設けられていてもよい。
図３に示すように、本実施形態の正極シート５０は、積層方向Ｚにうねり形状を有する。より詳細には、正極シート５０の正極集電体５２および正極活物質層５４は、積層方向Ｚにうねり形状を有する。うねりの溝深さｈは、１０μｍ以上である。うねりの溝深さｈは、好ましくは例えば４０μｍ以上１００μｍ以下である。うねり形状は、例えば、上下にそれぞれ設けられたプレスローラの間に正極シート５０を通し、下側のプレスローラを上方に持ち上げて加圧することによって形成される。うねりの溝深さｈは、例えばレーザ変位計によってうねり形状を測定したときの表面の凹部と凸部との差が最大となる値である。うねりの溝間隔Ｐは、例えば、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。うねりの溝間隔Ｐは、例えばレーザ変位計によってうねり形状を測定したときの表面の凸部と凸部との間隔が最大となる値である。うねり形状を有する正極活物質層５４は、長手方向Ｌに沿ってその厚み（積層方向Ｚの高さ）が凡そ一定である。図４Ａに示すように、本実施形態の正極シート５０では、うねり形状の凸部５５は正極活物質層５４の短手方向Ｓ（即ち長手方向Ｌと直交する方向）と平行に形成されている。なお、図４Ｂに示すように、うねり形状の凸部５５は正極活物質層５４の長手方向Ｌと平行に形成されていてもよいし、図４Ｃに示すように、うねり形状の凸部５５は正極活物質層５４の長手方向Ｌおよび短手方向Ｓに対して傾斜するように形成されていてもよい。なお、凸部５５の延びる方向は、１つの正極シート５０において複数あってもよい（即ち図４Ａ～図４Ｃの複合タイプ）。図３に示すように、正極シート５０が上記うねり形状を有するため、正極シート５０とセパレータシート７０とが積層された状態において、正極活物質層５４とセパレータシート７０との間には電解液（非水電解液１０）が流通可能な流路８０が形成されている。なお、本実施形態では、上記うねり形状は、少なくとも構築工程Ｓ２０以前（即ち少なくとも形成工程Ｓ１０および構築工程Ｓ２０）において存在する。
次に、構築工程Ｓ２０について説明する。構築工程Ｓ２０では、電極体２０を電池ケース３０に収容し、電池ケース３０に非水電解液１０を注液して電池組立体を構築する。
図２に示すように、電池ケース３０の形状は、扁平な角形である。電池ケース３０は、一側面に開口部３０Ｈを有する箱型の本体３１と、該本体３１の開口部３０Ｈを塞ぐ板状の蓋体３２とを備える。電池ケース３０の蓋体３２には、外部接続用の正極外部端子４２および負極外部端子４４と、安全弁３６とが設けられている。安全弁３６は、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に、該内圧を開放する。また、電池ケース３０の蓋体３２には、非水電解液１０を電池ケース３０の内部に注入するための注液孔３７が設けられている。電池ケース３０の材質は、軽量で熱伝導性が良い材質が望ましい。一例として、本実施形態の電池ケース３０の材質には、熱伝導性が高く且つ適度な剛性を有するアルミニウムが用いられている。しかし、電池ケース３０の構成を変更することも可能である。例えば、電池ケース３０として、可撓性を有するラミネートが用いられてもよい。
構築工程Ｓ２０では、図２に示すように、正極集電端子４３は、正極集電体５２の露出部５２Ａに接合される。正極集電端子４３には、正極外部端子４２が電気的に接続される。負極集電端子４５は、負極集電体６２の露出部６２Ａに接合される。負極集電端子４５には、負極外部端子４４が電気的に接続される。非水電解液１０は、電池ケース３０の蓋体３２に形成された注液孔３７を介して電池ケース３０の内部（即ち本体３１）に注液される。ここで、図３に示すように、電池ケース３０に非水電解液１０を注液するときには、正極シート５０の正極活物質層５４とセパレータシート７０との間には非水電解液１０が流通可能な流路８０が形成されている。このため、注液された非水電解液１０は、流路８０を流れ、電極体２０の全体に素早く含浸される。電池ケース３０に非水電解液１０が注液されると、注液孔３７に封止部材３８（図２参照）を溶接することにより注液孔３７が封止される。これにより、電池組立体が構築される。非水電解液１０は、通常、有機溶媒（非水溶媒）および支持塩含有する。
非水溶媒は、リチウムイオン二次電池用電解液の非水溶媒として用いられている公知のものを使用することができ、その具体例としては、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等が挙げられる。なかでも、カーボネート類が好ましい。カーボネート類（カーボネート系溶媒）の例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。非水溶媒は、支持塩（電解質）を溶解する。
支持塩は、主たる電解質として用いられ、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等のリチウム塩が好適に用いられる。かかる支持塩の含有量は、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に限定されない。例えば、支持塩としてＬｉＰＦ６を用いる場合、ＬｉＰＦ６のモル含有量は、０．５ｍｏｌ／Ｌ～３．０ｍｏｌ／Ｌ（好ましくは０．５ｍｏｌ／Ｌ～１．５ｍｏｌ／Ｌ、例えば１ｍｏｌ／Ｌ）に調整される。このように非水電解液中のＬｉＰＦ６の含有量を調整することによって、非水電解液中の総イオン含有量と電解液の粘性を適度なバランスにすることができるため、イオン伝導度を過度に低下させることなく、入出力特性を向上させることができる。
次に、充電工程Ｓ３０について説明する。充電工程Ｓ３０では、電池組立体を充電する。充電工程Ｓ３０では、電池組立体をＳＯＣが１００％になるまで充電する。充電工程Ｓ３０では、電池組立体を例えば３．７Ｖから４．２Ｖになるまで充電する。
次に、拘束工程Ｓ４０について説明する。拘束工程Ｓ４０では、充電された電池組立体を積層方向Ｚに所定の圧力で拘束する。これにより、正極シート５０のうねりの溝深さｈ（図３参照）が浅くなる（例えば１０μｍより小さくなる）。好ましくは、上記所定の圧力は、うねり形状を有する正極活物質層５４の表面を平坦にする圧力である。これにより、図５に示すように、正極シート５０のうねりの溝深さｈが実質的にゼロになり、正極活物質層５４の表面が平坦になる。即ち正極活物質層５４の全体に亘って正極活物質層５４とセパレータシート７０とが接触して非水電解液１０が流通可能な流路８０が消滅する。なお、電池組立体の拘束は、それぞれ単独で行ってもよいし、複数の電池組立体を積層方向に配列した状態で一括して拘束（即ちモジュール化）してもよい。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
本実施形態では、以下の手順に従って正極シートを作製した。まず、正極活物質としてのＬｉＦｅＰＯ４と、導電材としてのＡＢと、バインダとしてのＰＶｄＦとを、９１：８：２の質量比で秤量し、ＮＭＰと混合・混練することで、正極用ペーストを調製した。このペーストを、正極集電体としての長尺状のアルミニウム合金箔（厚さ１２μｍ）の表面に、片面当たりの目付け量が２０ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工幅２３０ｍｍで両面に供給し、乾燥することにより、正極活物質層を備える正極シートを作製した。この正極シートを、上下にそれぞれ設けられたローラ径３００ｍｍのプレスローラの間に搬送速度２ｍ／ｍｉｎで通し、下側のプレスローラを上方に持ち上げて加圧することによって、正極シートにうねり形状を形成した。下側のプレスローラが正極シートに加える圧力を適宜変更することによってうねりの溝深さを異ならせ、かつ、下側のプレスローラを上方に持ち上げるタイミングを適宜変更することによってうねりの溝間隔を異ならせて、複数の正極シート（例２～例６）を準備した。ここでは、うねり形状の凸部は正極シートの長手方向Ｌと平行になるように形成されている（図４Ｂ参照）。なお、例１に係る正極シートは、うねり形状のない平坦な正極活物質層を備える正極シートである。そして、これらの正極シートを幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出して、１対のガラス板で挟み込んだ。そして、非水電解液としてのエチレンカーボネートにガラス板で挟み込まれた各正極シートの一端を浸し、浸し始めてから非水電解液が各正極シートの他端に到達するまでの時間（即ち注液時間）を測定した。測定結果を表１に示す。なお、表１の「注液時の拘束力」および「モジュール時の拘束力」において、「〇」はうねり形状をなくして正極活物質層の表面を平坦にする拘束力[ＭＰａ]が加わっていることを表し、「×」は当該拘束力が加わっていないことを表す。また、「注液時間」は例１に係る正極シートを基準としたときの割合で示す。また、「膨張率」はモジュール時の正極シートの厚みを測定し、正極集電体と正極活物質層との積算厚みと、実測値とのずれ率をうねり形状による膨張率とした。
上述の表１に示すように、例２～例５の正極シートでは、注液時間が０．４以下となり非常に速く非水電解液が正極シート内を移動していた。即ち、非水電解液の含浸速度が速かった。なお、例６の正極シートでは、うねり形状が形成されているが注液時に拘束されていることにより、うねり形状が平坦化されてしまった結果、注液時間が１となった。以上より、注液時においてうねり形状が形成されていることにより、含浸速度が速くなることが確認された。また、うねりの溝深さｈが４０μｍ以上の場合には、注液時間が０．３となり、含浸速度がより速いことが確認された。なお、例５の正極シートでは、モジュール時に拘束されておらず膨張率が１．２となっていることから、注液時には正極活物質層に非水電解液が流通可能な流路が形成されていることが確認された。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定
するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、
変更したものが含まれる。
するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、
変更したものが含まれる。
上述した実施形態では、正極シート５０のみが積層方向Ｚにうねり形状を有していたが、負極シート６０も同様に積層方向Ｚにうねり形状を有していてもよい。即ち、負極シート６０の負極集電体６２および負極活物質層６４は、積層方向Ｚにうねり形状を有していてもよい。あるいは、負極シート６０のみが積層方向Ｚにうねり形状を有していてもよい。
上述した実施形態では、充電工程Ｓ３０において、正極シート５０がうねり形状を有した状態で電池組立体の充電が行われているが、電池組立体を積層方向Ｚに所定の圧力で拘束して、正極シート５０のうねり形状を無くした後に充電を行ってもよい。
１０ 非水電解液
２０ 電極体
３０ 電池ケース
５０ 正極シート
５２ 正極集電体
５４ 正極活物質層
６０ 負極シート
６２ 負極集電体
６４ 負極活物質層
７０ セパレータシート
８０ 流路
１００ リチウムイオン二次電池（二次電池）
２０ 電極体
３０ 電池ケース
５０ 正極シート
５２ 正極集電体
５４ 正極活物質層
６０ 負極シート
６２ 負極集電体
６４ 負極活物質層
７０ セパレータシート
８０ 流路
１００ リチウムイオン二次電池（二次電池）
Claims (4)
- 長尺状の正極集電体に正極活物質層を備える正極シートと、長尺状の負極集電体に負極活物質層を備える負極シートと、長尺状のセパレータシートと、を積層して電極体を形成する形成工程と、
前記電極体を電池ケースに収容し、前記電池ケースに電解液を注液して電池組立体を構築する構築工程と、
前記電池組立体を充電する充電工程と、を含み、
少なくとも前記構築工程以前において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくともいずれか一方は積層方向にうねり形状を有し、
前記うねりの溝深さは１０μｍ以上である、二次電池の製造方法。 - 充電された前記電池組立体を前記積層方向に所定の圧力で拘束し、前記うねりの溝深さを浅くする拘束工程をさらに含む、請求項１に記載の製造方法。
- 前記拘束工程において、前記所定の圧力は、前記うねり形状を有する前記正極活物質層および／または前記負極活物質層の表面を平坦にする圧力である、請求項２に記載の製造方法。
- 前記うねりの溝深さは４０μｍ以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023562A JP7385610B2 (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 二次電池の製造方法 |
| CN202210128625.0A CN114944471B (zh) | 2021-02-17 | 2022-02-11 | 二次电池的制造方法 |
| US17/672,607 US20220263139A1 (en) | 2021-02-17 | 2022-02-15 | Method for manufacturing secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023562A JP7385610B2 (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 二次電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022125780A true JP2022125780A (ja) | 2022-08-29 |
| JP7385610B2 JP7385610B2 (ja) | 2023-11-22 |
Family
ID=82800609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021023562A Active JP7385610B2 (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 二次電池の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220263139A1 (ja) |
| JP (1) | JP7385610B2 (ja) |
| CN (1) | CN114944471B (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002015764A (ja) * | 2000-06-29 | 2002-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 電池並びに、この電池の電極成形方法及び電極成形装置 |
| JP2004153259A (ja) * | 2002-10-09 | 2004-05-27 | Asahi Glass Co Ltd | 電気二重層キャパシタ及び該電気二重層キャパシタの製造方法 |
| JP2004207253A (ja) * | 1997-04-23 | 2004-07-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2005093375A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池およびその製造方法 |
| KR20050121899A (ko) * | 2004-06-23 | 2005-12-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체 |
| WO2008053880A1 (fr) * | 2006-10-30 | 2008-05-08 | Panasonic Corporation | Cellule secondaire et son procédé de fabrication |
| JP2017220450A (ja) * | 2016-05-12 | 2017-12-14 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 蓄電装置およびその作製方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8247096B2 (en) * | 2009-02-13 | 2012-08-21 | Panasonic Corporation | Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2010225393A (ja) | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Toyota Motor Corp | 電池の電極の製造方法、製造装置、および電池 |
| CN103988357B (zh) * | 2011-11-24 | 2017-09-26 | 丰田自动车株式会社 | 非水电解液二次电池的制造方法 |
| JP5842776B2 (ja) | 2012-09-28 | 2016-01-13 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| JP6029002B2 (ja) * | 2012-11-13 | 2016-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池とその製造方法 |
| JP2015011969A (ja) * | 2013-07-02 | 2015-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解液二次電池及びその製造方法 |
| JP2017111940A (ja) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解質二次電池の製造方法 |
-
2021
- 2021-02-17 JP JP2021023562A patent/JP7385610B2/ja active Active
-
2022
- 2022-02-11 CN CN202210128625.0A patent/CN114944471B/zh active Active
- 2022-02-15 US US17/672,607 patent/US20220263139A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207253A (ja) * | 1997-04-23 | 2004-07-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2002015764A (ja) * | 2000-06-29 | 2002-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 電池並びに、この電池の電極成形方法及び電極成形装置 |
| JP2004153259A (ja) * | 2002-10-09 | 2004-05-27 | Asahi Glass Co Ltd | 電気二重層キャパシタ及び該電気二重層キャパシタの製造方法 |
| JP2005093375A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池およびその製造方法 |
| KR20050121899A (ko) * | 2004-06-23 | 2005-12-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체 |
| WO2008053880A1 (fr) * | 2006-10-30 | 2008-05-08 | Panasonic Corporation | Cellule secondaire et son procédé de fabrication |
| JP2017220450A (ja) * | 2016-05-12 | 2017-12-14 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 蓄電装置およびその作製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114944471A (zh) | 2022-08-26 |
| CN114944471B (zh) | 2024-03-01 |
| US20220263139A1 (en) | 2022-08-18 |
| JP7385610B2 (ja) | 2023-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102160708B1 (ko) | 이중 보호층이 형성된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| US20190237745A1 (en) | Secondary battery and method for manufacturing same | |
| JP6357708B2 (ja) | 電極組立体 | |
| US9431680B2 (en) | Electric storage device, electric storage system, and manufacturing method thereof | |
| JPWO2015015663A1 (ja) | 二次電池 | |
| KR101643593B1 (ko) | 전해액 함침성이 향상된 스택-폴딩형 전극조립체 및 이의 제조방법 | |
| KR101446160B1 (ko) | 테이프 처리된 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자 | |
| KR20160130428A (ko) | 비수 전해질 2차 전지 | |
| KR101850583B1 (ko) | 스택-폴딩형 전극 조립체 | |
| JP7409762B2 (ja) | 非水電解液二次電池および非水電解液二次電池の製造方法 | |
| US9350049B2 (en) | Electric storage device and electric storage apparatus | |
| KR101709391B1 (ko) | 비수전해질 2차 전지 | |
| JP7385610B2 (ja) | 二次電池の製造方法 | |
| KR100484110B1 (ko) | 리튬 전지용 세퍼레이터 및 이를 채용한 리튬 전지 | |
| JP6878702B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、その製造方法、及びリチウムイオン二次電池 | |
| KR20160066202A (ko) | 전지케이스의 외면에 고정 부재가 형성되어 있는 전지셀 및 제조 방법 | |
| JP7168632B2 (ja) | 非水電解液二次電池および非水電解液二次電池の製造方法 | |
| US20220173395A1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP7284920B2 (ja) | 二次電池の製造方法 | |
| JP7400946B2 (ja) | 電極体、蓄電素子および蓄電モジュール | |
| JP2019029183A (ja) | セパレータ付き二次電池用電極、二次電池、それらの製造方法 | |
| US20220077502A1 (en) | Battery and manufacturing method thereof | |
| US20230094762A1 (en) | Electrode body, electricity storage element, and electricity storage module | |
| JP2002280071A (ja) | 非水電解質二次電池およびその製造方法 | |
| JP2022184263A (ja) | 非水電解液二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220303 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230601 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230728 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231026 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231110 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7385610 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |